금속 가공의 화염 교정 기술

금속 재료의 열교정에서 가장 널리 사용되는 것은 옥시 아세틸렌 화염을 이용한 화염 교정입니다. 화염 교정은 재료의 준비 작업에만 사용되는 것이 아니라 제조 공정 중 구조물의 변형을 교정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 화염 교정의 편리성, 유연성 및 저렴한 비용으로 인해 그 적용 범위가 비교적 광범위합니다.

금속 소재는 열팽창과 수축이라는 물리적 특성을 가지고 있습니다. 국부적으로 가열되면 재료의 가열된 부분이 팽창하지만 주변 재료의 온도가 낮기 때문에 팽창이 방해받습니다. 이때 가열된 금속은 압축 응력을 받습니다. 가열 온도가 600~700℃일 경우 압축 응력이 해당 온도에서 재료의 항복 강도를 초과하여 압축 소성 변형이 발생합니다.

가열을 멈추면 금속이 냉각되고 수축하여 가열된 영역의 금속 섬유가 이전보다 짧아지면서 새로운 변형이 발생합니다. 불꽃 교정은 금속의 국부적 가열로 인한 새로운 변형을 활용하여 원래의 변형을 교정합니다. 따라서 불꽃의 국부적 가열로 인한 변형 패턴을 이해하는 것이 불꽃 교정을 마스터하는 데 매우 중요합니다.

그림 1은 가열 중과 가열 후의 강판, 앵글강, T형강의 변형을 보여줍니다. 그림 1의 삼각형은 가열 영역을 나타냅니다. 가열된 영역의 금속 섬유가 냉각 시 수축함에 따라 형강은 가열된 쪽을 향해 구부러집니다.

a), b) 강판
c) 앵글 스틸
d) T자형 강철

화염 교정 중 가열로 인한 변형은 원래 변형과 반대 방향으로 진행되어야 상쇄 및 보정이 가능합니다. 화염 교정 가열의 열원은 일반적으로 고온과 빠른 가열 속도를 가진 옥시-아세틸렌 화염입니다.

I. 화염 교정 작동 방법

화염 교정은 수동 작업입니다. 더 나은 교정 결과를 얻으려면 공작물의 변형 상태에 따라 화염의 가열 위치, 시간 및 온도를 제어해야 합니다. 가열 위치에 따라 다른 방향으로 변형을 교정할 수 있습니다. 가열 위치는 금속 섬유가 긴 부분, 즉 굽힘 변형이 발생하는 재료의 바깥쪽에서 선택해야 합니다.

또한 가열된 공작물의 가열 영역의 모양은 보정 방향과 변형량에 큰 영향을 미칩니다. 가열 영역을 통과하는 섬유 길이의 차이가 가장 큰 방향이 공작물의 굽힘 변형이 가장 큰 방향입니다. 변형의 양은 가열 영역을 통과하는 길이 차이에 비례합니다. 열 수준이 다른 화염을 사용하면 다양한 보정 기능을 얻을 수 있습니다.

화염 열이 충분하지 않으면 가열 시간이 길어져 가열 면적이 넓어지고 평행 섬유 간의 변형 차이가 줄어들어 변형을 평평하게 만들기 어렵습니다. 따라서 가열이 빠르고 집중될수록 보정 능력이 강해지고 보정 변형의 양이 커집니다.

저탄소강 및 일반 저합금강의 화염 교정의 경우 일반적으로 600-800℃의 가열 온도가 사용됩니다. 일반적으로 가열 온도는 금속 과열을 방지하기 위해 850℃를 넘지 않아야 합니다. 그러나 가열 온도가 너무 낮으면 보정 효율이 떨어질 수 있으므로 가열 온도도 너무 낮아서는 안 됩니다. 가열 온도는 표 1과 같이 생산 과정에서 가열했을 때 강철 표면의 색상으로 대략적으로 판단할 수 있으며, 경험에 따라 정확도는 달라질 수 있습니다.

표 1 강철 표면 색상 및 해당 온도(어두운 곳에서 관찰)

변형된 공작물의 표면을 가열하는 방법에는 점 가열, 선 가열, 삼각형 가열의 세 가지가 있습니다.

점 가열은 특정 직경의 영역을 둥근 모양의 점으로 가열하는 것을 말합니다. 핫스팟의 모양과 개수는 강철의 변형 상태에 따라 결정됩니다. 다점 가열은 일반적으로 매화 패턴을 사용하며(그림 2a 참조), 각 점의 직경 d는 두꺼운 판의 경우 적당히 크고 얇은 판의 경우 일반적으로 15mm 이상이어야 합니다.

a) 포인트 가열
b) 라인 난방
c) 삼각 가열

변형이 클수록 점 사이의 거리는 일반적으로 50~100mm로 더 짧아야 합니다.

가열하는 동안 불꽃이 직선 방향으로 이동하거나 동시에 폭이 일정한 측면 방향으로 흔들리는 것을 선 가열이라고 합니다. 직선 가열, 체인 가열, 벨트 가열의 세 가지 유형이 있습니다(그림 2b 참조). 가열 라인의 가로 수축은 일반적으로 세로 수축보다 크며 가열 라인의 폭이 증가함에 따라 수축량이 증가하며 가열 라인 폭은 일반적으로 강철 두께의 0.5-2 배입니다. 라인 가열은 일반적으로 변형이 심한 구조물에 사용됩니다.

가열 영역이 삼각형인 경우 이를 삼각형 가열이라고 합니다(그림 2c 참조). 가열 면적이 넓기 때문에 수축량도 크고 삼각형의 높이 방향에 따라 가열 폭이 고르지 않아 수축량도 고르지 않아 굽힘 변형 보정 효과가 커서 단단하고 크게 변형된 부품의 굽힘 변형 보정에 자주 사용됩니다.

표 2는 일반적인 강철 재료의 아세틸렌 화염 교정 방법을 보여줍니다.

표 2 일반적인 철강 재료에 대한 아세틸렌 화염 교정 방법

빈 자료	원본 변형	가열 방법	스케치	설명
얇은 강판(두께 8mm 이하)	중앙 돌출	포인트 난방		돌출부가 위를 향하도록 하여 가마텐으로 고정합니다. 핫스팟 간격 50~100mm, 변형이 클수록 작은 값 사용 핫스팟 직경 ≥ 15mm, 최대 판 두께를 사용합니다. 변형 영역이 크면 더 많은 가열 지점을 사용합니다. 망치질로 보완된 가열 순서는 그림을 참조하세요.
		선형 가열		돌출된 부분이 위를 향하도록 플랫폼에 고정합니다. 열선 궤적에는 직선, 물결선, 나선선의 세 가지 유형이 있습니다. 후자의 두 가지 폭은 플레이트 두께의 (0.5~2)배입니다. 가열 라인을 따라 세로 수축은 가로 수축보다 작습니다. 변형이 많을 경우,선폭을 늘리고 선 간격을 줄일 수 있습니다.
	한쪽이 물결 모양입니다.	선형 가열		돌출된 부분이 위를 향하도록 하여 변형되지 않은 세 면을 고정하고 돌출된 부분의 양쪽을 먼저 가열한 다음 돌출된 부분으로 둘러싸고 필요한 경우 가열을 반복합니다.
두꺼운 강판	아치형 굽힘	선형 가열		플랫폼에 놓고 가장 높은 부분을 600~800°C로 가열하고 가열 깊이는 판 두께의 1/3을 초과하지 않아야 하며 필요한 경우 가열을 반복할 수 있습니다.
강철 파이프	벤딩	스팟 난방		볼록한 표면(한 줄 또는 여러 줄의 스팟)을 가열하고 스팟에서 스팟으로 빠르게 이동하면서 한 줄씩 가열하고 스팟에서 스팟까지의 속도는 빨라야 하며 한 번에 한 줄씩 가열합니다.
T자형 강철	측면 굽힘	삼각형 난방		수평판의 불룩한 부분을 가열합니다.
				수직 플레이트의 불룩한 부분을 가열합니다.
앵글 스틸	외부 굽힘	삼각형 난방		올라간 부분을 가열합니다.
I-빔	측면 굽힘	삼각형 난방		올라간 부분을 가열합니다.
채널 스틸	로컬 측면 굽힘	선형 가열		두 개의 용접 토치가 동시에 웨이브 가열을 수행합니다.
강철 실린더	국부 곡률이 너무 큽니다.	선형 가열		발전 라인을 따라 열 발생
	국부 곡률이 너무 작습니다.

II. 화염 교정 작업 시 주의사항

화염 교정 작업 중에는 다음 사항에 주의하세요:

1) 가열 속도가 빠르고 열이 집중되어야하며 가열 영역 외부의 가열 영역을 최소화하여 교정 효과를 개선하고 더 많은 양의 국소 수축을 달성 할 수 있습니다.

넓은 변형 영역을 수정할 때 여러 개의 점 또는 여러 개의 가열 선을 사용할 때 가열 영역이 겹치지 않아야 하며, 그렇지 않으면 공작물의 재료가 손상될 수 있습니다. 보정하기 전에 변형 영역의 크기와 정도에 따라 가열할 점과 선 및 그 방향을 표시해야 합니다. 한 번의 가열에서 모든 점과 선은 균등하게 분포되고 대칭이며 엇갈리게 배치되어야 합니다.

전체 가열 과정은 일괄적으로 수행해야 합니다. 한 배치가 교정 요건을 충족하면 더 이상 가열할 필요가 없습니다. 계획되지 않은 교정 프로세스는 교정 효과를 보장하고 가열 영역의 중복을 피할 수 있으므로 금지됩니다.

각 배치에서 가열 포인트와 선의 앞뒤 순서는 변형 영역의 가장자리에서 시작해야 합니다. 변형 영역의 중앙에 과도하게 집중된 가열은 해당 영역의 재료 특성으로 인해 해당 영역에 과도한 변형을 유발하고 후속 교정을 어렵게 만들 수 있으므로 금지됩니다.

2) 실제 교정 작업에서는 금속 수축을 가속화하고 교정 효율을 높이기 위해 가열 후 가열된 부위를 빠르게 냉각하기 위해 물을 사용하는 것이 일반적입니다. 순수 불꽃 교정에 비해 효율이 3배 이상 향상될 수 있습니다. 이 방법을 물과 불을 이용한 교정 방법이라고 합니다.

물과 불로 교정하는 방법에는 일정한 한계가 있습니다. 두께 2mm의 저탄소 강판을 교정할 때는 일반적으로 가열 온도가 600°C를 넘지 않아야 하며 물과 불 사이의 거리가 더 가까워야 합니다.

두께 4~6mm의 강판을 교정할 때 가열 온도는 600~800°C, 물과 불 사이의 거리는 25~30mm가 되어야 합니다. 8mm보다 두꺼운 강판을 교정할 때는 수냉으로 인한 응력이 크기 때문에 일반적으로 수냉을 고려하지 않습니다. 경화 경향이있는 강판 (예 : 일반 저 합금 강판)의 경우 물과 불 사이의 거리가 더 커야합니다.

경화 경향이 높은 재료(예: 중-고 탄소강 또는 합금강)의 경우 물 화염 보정 방법을 사용할 수 없으며 변형을 향상시키기 위해 어느 정도의 공냉만 수행할 수 있습니다. 강판을 구부리고 교정 할 때 가열 깊이는 강판 두께의 1/4 ~ 1/3 이내로 제어해야하며 너무 깊어서는 안되며 그렇지 않으면 화염 보정 효과에 큰 영향을 미칩니다.

화염 보정은 상당한 교정 효과가 있는 방법이지만, 특히 가느다란 부품의 직선화 보정이나 얇은 판의 평탄화 보정과 같이 화염 보정에 특히 민감한 공작물의 경우 변형량을 제어하는 데는 상대적으로 열악한 편입니다.

따라서 변형량이 큰 공작물의 보정을 위해 화염 보정은 후속 기계적 보정으로 보완되는 대략적인 보정 방법으로 만 사용할 수 있으며, 변형량이 적고 요구 사항이 높은 공작물의 보정을 위해 화염 보정을 사용해서는 안되며 (금지) 그렇지 않으면 새로운 또는 더 큰 변형으로 이어질 수 있습니다.

3) 가열 영역의 수축을 가속화하기 위해 때때로 망치질이 보완되지만 철 망치가 아닌 나무 또는 구리 망치를 사용해야합니다.